Sűrített levegős hűtésű fúrófejek: A szárazfúrási megoldás, amire a szénbányák vártak

Ha valaha is dolgoztál szénbányában, ismered a hangot. A fúrótorony forog, a rudak adagolnak – és aztán minden leáll. Egy beszorult zsinór. Egy kiégett PDC vágó. Fél műszak eltelt. Kihúzod a fúrófejet, és mit találsz? A vágófelület megpörkölődött, a hornyok tele vannak nedves, cementté vált forgácskal, és a fúrórúd úgy néz ki, mintha háborúban ment volna keresztül.

Ez nem ritka előfordulás. Lágy, repedezett vagy vízre érzékeny szénmértékformációkban a hagyományos vízzel öblítős fúrás legalább annyi problémát okoz, mint amennyit megold. A víz a formáció duzzadását okozza. A duzzanat összeszorítja a lyukat. A lyuk összeszorítja a rudat. És hirtelen egy beragadt fúrószállal, egy tönkrement fúróval és egy csapattal van dolgunk, akik arra várnak, hogy a fúrótorony kiszabaduljon.

A fúrófejek sűrített levegővel történő hűtése teljesen megfordítja a forgatókönyvet. Nincs víz. Nincs duzzanat. Nincs a rúd beszorulása. Csak nagy sebességű levegő, amely egyszerre három dolgot végez: hűti a fúrófejet, eltávolítja a forgácsot és szárazon tartja a furatot.

Miért lett a víz a probléma, nem pedig a megoldás?

Évtizedek óta a vízzel való öblítés a standard módszer a fúrófejek hűtésére és a fúróanyag szállítására a földalatti fúrások során. Jól működik – amíg meg nem szűnik. A problémák adott geológiában jelentkeznek, és sajnos a szénmélyedések pontosan azok a típusok, amelyek a legkeményebben sújtják a víz alapú rendszereket.

A puha iszapkő vízzel érintkezve megduzzad. A pala pasztává esik szét. És amikor megszűnik a keringés, vagy leáll a fúrás, ezek a nedves forgácsok lerakódnak és megkeményednek a fúrórúd körül, mint a gyenge minőségű beton. Megérkezik a reggeli műszak, beindítja a fúróberendezést, és a rúd meg sem mozdul. Most horgászol – vagy ami még rosszabb, újra fúrod a lyukat.

Aztán ott van maga a fúrófej. A PDC-marók intenzív súrlódási hőt termelnek a sziklafalon. Állandó hűtés nélkül a hőmérséklet a vágóélnél 350°C fölé emelkedik. A gyémántasztal oxidálódik. A keményfém alapanyag meglágyul. A vágóél lepattan. Egy fúrófej, amelynek 300 méterig kellene kitartania, 80-nal is megmunkálható, és a felszínen senki sem tudja, amíg a behatolási sebesség le nem esik egy sziklaszirtről.

Hogyan működnek a sűrített levegős hűtőbitek: Három dolog egyszerre

A tervezési koncepció egyszerű, de a kivitelezés az, ami megkülönbözteti a hatékony fúrófejeket a marketingfogásoktól. A fúrófej belső légcsatornákat tartalmaz, amelyek sűrített levegőt – jellemzően 0,7–1,2 MPa nyomáson – szállítanak a fúrófej felületén található precíziósan megmunkált fúvókákon keresztül, amelyek mindegyikének átmérője 2 mm vagy annál kisebb. Amikor a sűrített levegő egy ilyen kis nyíláson keresztül kilép, nagy sebességű sugárrá gyorsul fel, amely közvetlenül a forgácsolási zónára irányul.

Ez három dolgot csinál egyszerre.

Első, célzott hűtésA légsugaras csíkok valós időben melegítik fel a PDC vágófelületét, így a gyémántasztal minősége jóval a degradációs küszöbérték alatt marad. A víz hiánya azt jelenti, hogy nincs hősokk a váltakozó melegítés és edzés miatt – ez a minta ismételt ciklusok során mikrorepedéseket okoz a vágókon. Egy sűrített levegős hűtéssel működő bit kétszer-háromszor tovább tarthat, mint egy vízzel átmosott megfelelője hasonló formációkban.

Második, nagy hatékonyságú dugványeltávolításA sűrített levegős fúró nem csak kilöki a forgácsot, hanem ki is fújja azt. A fúrórúd és a fúrólyuk fala közötti gyűrű alakú térben felfelé irányuló levegősebesség elegendő felhajtóerőt hoz létre ahhoz, hogy a forgácsot még mély vízszintes vagy ferde furatokból is elszállítsa. A gyakorlatban a kezelők négyszeres-ötszörös forgácskiürítési sebességről számolnak be a hagyományos levegős fúrókhoz képest, és a különbség még nagyobb a ragadós képződményekben lévő vízrendszerekkel szemben.

Harmadik, valódi száraz fúrásNincs víz egyetlen szakaszban sem. Ez azt jelenti, hogy a nedvességgel érintkezve megduzzadó képződmények stabilak maradnak. A fúrás leállításakor nem rakódik le iszap a rúd körül. Újraindításkor nincs szükség a cementált kötés megszakítására. A gázelvezető kutak esetében van egy további előny: nincs vízszennyeződés a metán áramlási útvonalában, ami a fúrólyuk élettartama alatt magasabb szinten tartja a kitermelési rátát.

Ahol ezek a bitek valójában ragyognak

Nem minden furathoz szükséges sűrített levegős hűtés. Ha kemény, száraz, megfelelő fúróerővel rendelkező kőzetet fúrsz, a hagyományos levegős vagy akár vízzel öblíthető fúrók jól működnek. Bizonyos körülmények azonban gyakorlatilag megkövetelik ezt a kialakítást:

• Puha, vízre érzékeny képződmények — agyagkő, agyagkő, duzzadó agyagpala. A víz ezeket ragasztóvá alakítja.

• Mély szénvarrat gázelvezető lyukak — hosszú lyukak, ahol a dugványok távolságból vegyületeket halmoznak fel, és ahol a lyukban lévő víz csökkenti a metán áteresztőképességét.

• Szögletes és felfelé fúrás — negatív szögű furatok, ahol a víz és a forgács a felületen gyűlik össze ahelyett, hogy kifolyna. A sűrített levegős sugarak nem törődnek a gravitációval.

• Kutatófúrás repedezett talajban — ahol a megszűnt keringés miatt a vízöblítés fenntartása lehetetlen.

A fúrófejeket általában ZYWL és ZDY sorozatú hidraulikus földalatti fúróberendezéseken használják, és kompatibilisek a szabványos fúrórúd-csatlakozásokkal – magán a fúrófejen kívül nincs szükség speciális szerszámcserére.

Mire kell figyelni a kiválasztáskor

Nem minden sűrített levegős hűtőbit egyforma. Íme, amit érdemes ellenőrizni vásárlás előtt:

Fúvóka konfiguráció. Egyetlen központi fúvóka nem biztosít egyenletes hűtést az összes vágószerszámon. Olyan biteket keressen, amelyek több fúvókával vannak elosztva a felületen, és az elsődleges forgácsolási zónákra irányulnak. A fúvóka átmérője is számít – 2 mm alatt biztosítja a szükséges sugársebességet, de túl kicsi, és fennáll a finom por okozta eltömődés veszélye.

Test anyaga és edzése. Egy olyan fúrótest, amely belülről erodálódik nagy sebességű légáramlás hatására, hamar tönkremegy. A minőségi fúrók edzett acél testet használnak, belső járatokkal, amelyek vagy tömör (nem öntött) acélból vannak megmunkálva, vagy kopásálló betétekkel vannak ellátva.

Vágóeszköz minősége és elrendezése. A PDC maró minősége még fontosabb száraz fúrásnál, mivel nincs víz, amely tompítaná a hőciklusokat. Keressen legalább 500°C-os hőstabilitásra alkalmas marókat, és figyeljen a homlokszögre – egy enyhén negatív homlokszög jobban kezeli az ütésterhelést repedezett talajban, mint egy semleges vagy pozitív beállítás.

Menetes csatlakozás minősége. A fúrófejen keresztül áramló levegő pulzációjából adódó lökésszerű terhelés hosszú futási idő alatt meglazíthatja a csatlakozásokat. Az API-specifikációnak megfelelő menetek megfelelő hőkezeléssel a doboz végén megvédik a furat közbeni leválást.